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基于增强型三阶正弦信号积分器的单相并网光伏-储能系统无缝控制
Enhanced Third-Order Sinusoidal Signal Integrator-Based Seamless Control for Single-Phase Grid-Tied PV-Battery System
| 作者 | Om Prakash Jaga · Sumit GhatakChoudhuri |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 太阳能转换-电池储能系统 智能控制策略 自适应滤波器 模型预测控制 频率锁相环 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种适用于关键负载应用的单相并网太阳能转换 - 电池储能系统的智能控制策略。所提出的控制方案可确保即使在市电缺失的情况下,也能为关键负载提供不间断的电力供应。该系统分别适用于并网和孤岛运行模式。一种自主控制方案可确保在并网和孤岛运行模式之间实现无缝切换。提出了一种改进的指数双曲正弦自适应滤波器,用于计算负载电流的有功权重分量。这种滤波器还能确保加快权重收敛速度、最小化稳态误差并改善动态响应。所提出的基于自适应滤波器的恒定开关频率模型预测控制可调节电网电流,并允许与交流市电进行有功功率交换。这种策略还能改善市电侧的电能质量参数。设计了一种恒定开关频率模型预测电压控制,用于调节瞬时负载电压并在孤岛模式下保持最佳电能质量。提出了一种基于增强型三阶正弦信号积分器的锁相环,用于在恶劣电网条件下实现电网同步、抑制直流偏置和谐波。实验结果使用 OPAL - RT 5600 展示了系统在各种运行条件下的性能。
English Abstract
This article presents a smart control strategy for a single-phase, grid-interfaced, solar energy conversion-battery energy storage system for critical load applications. The presented control scheme ensures uninterrupted power supply to critical loads even in the absence of utility mains. The system is compatible with operating in grid-connected and islanded modes, respectively. A self-reliant control scheme ensures a seamless switchover between grid-connected and islanded modes of operation. A modified exponential hyperbolic sine adaptive filter is proposed for the computation of the active weight component of load current. Such a filter also ensures an accelerated weight convergence rate, minimizes steady-state error and improves dynamic response. The presented adaptive filter-based constant switching frequency model predictive control regulates grid current and allows an active power exchange from the ac mains. Such a strategy also improves the power quality parameters on the utility side. A constant switching frequency model predictive voltage control is designed to regulate instantaneous load voltage and maintain optimum power quality in islanded mode. An enhanced third-order sinusoidal signal integrator-based frequency-locked loop is proposed to synchronize the grid, mitigate dc offset and harmonics under adverse grid circumstances. The experimental results demonstrate the system performance under various operating conditions using OPAL-RT 5600.
S
SunView 深度解读
从阳光电源光储一体化解决方案的业务视角看,该论文提出的单相光伏-储能系统无缝切换控制技术具有显著的应用价值。该技术聚焦于关键负载供电场景,通过智能控制策略实现并网与离网模式的平滑过渡,这与我司户用光储系统和C&I工商业储能产品的核心需求高度契合。
技术层面的三个创新点值得关注:首先,改进的指数双曲正弦自适应滤波器能够加速权重收敛并降低稳态误差,这对提升我司逆变器的动态响应性能和电能质量控制具有直接借鉴意义;其次,恒定开关频率的模型预测控制策略可优化并网电流调节和有功功率交换,有助于改善我司产品在弱电网环境下的适应性;第三,增强型三阶正弦信号积分器的锁频环设计能够有效抑制直流偏置和谐波干扰,这对应对复杂电网工况下的同步稳定性问题提供了新思路。
从产品化角度评估,该技术已通过OPAL-RT实时仿真平台验证,技术成熟度处于实验室向工程应用过渡阶段。对于阳光电源而言,主要机遇在于将相关算法集成到新一代混合逆变器控制器中,特别是针对海外户用市场对供电可靠性的严苛要求。潜在挑战包括算法在不同功率等级产品上的适配性验证、与现有MPPT和电池管理系统的协同优化,以及满足各国电网标准的认证测试。建议组织预研团队进行技术评估,重点关注其在弱电网和微电网场景下的实用化改进,为我司智能光储系统的差异化竞争力提供技术储备。